Отдельные способы адресации могут сочетаться друг с другом. Например, косвенная адресация может использоваться совместно с относительной. Обобщенная граф-схема формирования исполнительного адреса из исходного показана на рис.5. Различные пути на этой схеме от начальной вершины к конечной соответствуют различным способам адресации. Так, прямой адресации соответствует путь, проходящий через вершины 2 и 5, косвенной – 2 и 4, относительной – 1 и 5, двойному индексированию – 1, 5, 1 и 5.

Рис. 5. Обобщенная граф-схема формирования исполнительного адреса

Следует отметить, что на схеме не выделены в явном виде приемы адресации, связанные с ассоциативным обращением к памяти, автоиндексированием (автоматическим увеличением или уменьшением индекса на ±1 или ±2 при каждом формировании исполнительного адреса посредством индексирования), использованием регистровой памяти при адресации и некоторые другие

При выборе способа адресации в процессе проектирования ЭВМ необходимо руководствоваться соображениями экономии оперативной памяти, удобством программирования, временными и аппаратурными затратами на реализацию выбранных способов адресации.

1.4.Классификация устройств управления

Взависимости от особенностей ЭВМ устройства управления имеют различную структуру. Основными признаками, по которым разделяются УУ, являются функциональная ориентация, принцип организации цикла выполнения команды, количество уровней управления и другие. Каждый признак позволяет выделить различные типы устройств управления:

1. Функциональная ориентация – универсальные УУ; специализированные УУ.

Универсальные УУ с учетом ограничений по быстродействию позволяют выполнять на ЭВМ программы решения любых задач, для которых имеется алгоритм решения.

Специализированные УУ используются в ЭВМ, предназначенных для решения определенного набора задач (одной задачи), программы (микропрограммы) для которых составлены заранее. Примером таких устройств могут служить УУ некоторых бортовых и управляющих ЭВМ, решающих одну и ту же задачу с различными исходными данными. Специализированные УУ могут обеспечивать в некоторых случаях выполнение универсального набора команд, однако круг решаемых в этом случае задач не может быть произвольным.

В последнее время выделяют проблемно-ориентированные ЭВМ. Устройства управления таких ЭВМ обычно являются универсальными, но система команд и структура проблемно-ориентированных ЭВМ таковы, что с их помощью можно эффективно решать определенный класс задач, для которого они предназначены.

2. Принцип организации цикла выполнения команды – синхронные УУ; асинхронные УУ; смешанные (синхронно-асинхронные) УУ.

В синхронных УУ время выполнения каждой команды постоянно. При этом УУ вырабатывает последовательность тактирующих сигналов, обеспечивающую выполнение любой команды. Такая организация УУ имеет место в тех ЭВМ, где большая часть времени затрачивалась на обращения к запоминающему устройству.

В асинхронных машинах очередная команда начинает выполняться сразу же по окончании выполнения предыдущей, для чего в конце обработки каждой команды вырабатывается специальный признак конца операции. Асинхронный принцип управления позволяет получить при прочих равных условиях наивысшее быстродействие, но увеличивает аппаратурные затраты и усложняет процесс проектирования ЭВМ.

Рис.6. Смешанный (синхронно-асинхронный) цикл выполнения команды

Поэтому в большинстве УУ современных ЭВМ используются различные сочетания синхронного и асинхронного принципов – смешанный принцип организации цикла выполнения команды, иногда называемый машинным циклом.

Примером реализации такого принципа может служить УУ, вырабатывающее две последовательности управляющих сигналов: основную и вспомогательную (рис.6). Такты основной последовательности Т1 ... Т5

используются для выполнения большинства коротких операций (типа сложения с фиксированной запятой) и имеют следующее назначение: Т1 – выборка команды из памяти, Т2 – выборка из памяти первого операнда, Т3 – выборка второго операнда, Т4 – выполнение операции, Т5 – запись результата операции в память.

Длительность всех тактов, во время выработки которых формируется ряд управляющих сигналов, одинакова и связана со временем обращения к оперативному ЗУ. Если операция не может быть выполнена за время такта Т4 (например, операция умножения), то основная последовательность приостанавливается на этом такте, и начинает формироваться вспомогательная последовательность тактовых сигналов Т'1 ... Т'n, во время которой выполняется операция. По окончании операции возобновляется выработка тактов основной последовательности. Кроме того, в зависимости от типа выполняемой команды некоторые такты основной последовательности могут отсутствовать.

В качестве другого примера реализации смешанного управления можно рассмотреть микропроцессор серии К580. Здесь УУ формирует одну последовательность управляющих сигналов, длина которой зависит от типа выполняемой команды и может включать от одного до пяти машинных циклов, где вырабатывается от одного до пяти тактов (Т1 ... Т5). В течение одного цикла процессор может произвести обмен одним байтом информации с памятью или другим устройством (такты Т1 и Т3) и выполнить какие-либо преобразования информации (такты Т4 и Т5). Кроме того, УУ при определенных условиях может остановить формирование этой последовательности в такте Т2 до тех пор, пока из соответствующего узла ЭВМ не поступит сигнал готовности.

Существуют и другие варианты реализации смешанного (синхронноасинхронного) принципа управления.

3. Количество уровней управления – одноуровневые УУ; многоуровневые УУ.

Под уровнем управления понимают совокупность способов представления и средств реализации управляющих воздействий в ЭВМ, включающих средства интерпретации операторов данного уровня и средства формирования последовательности выполнения операторов.

Первые ЭВМ имели один уровень управления – уровень команд машинного языка. Их УУ были одноуровневыми и непосредственно по коду операции выполняемой команды осуществляли посылку необходимых управляющих сигналов в соответствующие такты (и шаги тактов) машинного цикла в нужные узлы машины.

Один уровень управления – уровень микрокоманд – применялся и в УУ микропрограммных ЭВМ, не имеющих определенной системы команд. Также ЭВМ, называемые иногда ЭВМ с "аморфной" системой команд, впервые появились в начале 60-х годов. Позже аналогичная организация УУ

нашла применение в некоторых микропроцессорах, например в микропроцессоре К589.

Двухуровневые УУ, имеющие уровень команд и уровень микрокоманд, используются в большинстве ЭВМ с микропрограммным управлением. Каждая команда в таких УУ вызывает выполнение соответствующей микропрограммы – последовательности микрокоманд, хранимой в специальной памяти. Двухуровневая организация УУ имела место и в ЭВМ серии "Мир". При этом операторы верхнего уровня определяли более сложные действия, чем обычные машинные команды, и были аналогичны операторам алгоритмического языка.

С развитием конструктивно-технической базы ЭВМ количество уровней управления может увеличиваться, а операторы, интерпретируемые более высокими уровнями, усложняться, приближаясь к естественным языкам. Например, применение аппаратных трансляторов с алгоритмических языков (известен аппаратный транслятор с языка ФОРТРАН) в определенном смысле эквивалентно введению в микропрограммную ЭВМ третьего, более высокого уровня управления.

4.Метод хранения программы – УУ с внутренним хранением программ; УУ с внешним хранением программ.

В первом случае команды программ хранятся в оперативном ЗУ вместе

собрабатываемой информацией. Такой вариант хранения является наиболее распространенным и дает возможность изменять команды программы непосредственно в ходе ее выполнения. Это обеспечивает простоту организации памяти ЭВМ.

В случае внешнего хранения команды программы размещаются в специальном запоминающем устройстве команд отдельно от данных и не могут изменяться в процессе выполнения. ЗУ команд обычно имеет такую же организацию, как и оперативные ЗУ. В первых ЭВМ для хранения команд использовались штеккерные поля (штеккерное программирование).

5.Порядок следования команд программы – УУ с естественным порядком следования команд; УУ с принудительным порядком следования команд.

Эти два варианта рассмотрены в п 1.2.

6.Формат реализуемых команд – одноадресные, двухадресные, трехадресные УУ; УУ с переменной адресностью команд; безадресные УУ.

Наличие одного, двух или трех адресов в команде позволяет задать местоположение в оперативной памяти или на регистрах общего назначения одного операнда, двух операндов (операнда и результата) и двух операндов и результата соответственно. Большее количество адресов в команде обеспечивает удобство и эффективность программирования, но приводит к большей разрядности команды, а следовательно, увеличивает расход памяти для хранения команд. Поэтому трехадресный формат является менее распространенным.

В УУ с переменной адресностью команд используются сочетания названных выше форматов. При этом число адресов в команде может указываться как неявно, кодом команды, так и явно, специальными признаками. УУ с безадресным форматом команд применяются в ЭВМ, имеющих стековую (магазинную) память.

7.Способ построения управляющего автомата – схемные УУ; микропрограммные УУ.

Схемные УУ строятся на основе распределителей импульсов или микропрограммных автоматов Мили и Мура.

В микропрограммных УУ имеется специальный блок постоянной памяти, в котором записаны микропрограммы всех выполняемых ЭВМ команд, пультовых и других операций. Такие УУ иногда называют устройствами управления с программируемой логикой.

8.Способ реализации команд – централизованные УУ; распределенные

УУ.

При централизованном управлении все управляющие сигналы, необходимые для выполнения любой команды, вырабатываются одним управляющим автоматом, что характерно для ЭВМ с микропрограммными УУ.

При распределенном управлении в отдельных устройствах ЭВМ, например в АЛУ, имеются собственные управляющие сигналы, необходимые для работы этих устройств (см. п. 1.2).

Возможны и другие классификационные признаки УУ, связанные с особенностями операционной части процессора и другими отличительными чертами ЭВМ.